FR2785750A1 - Wavelength stabilizer of WDM optical transmission system, monitors wavelength deviation of each channel signal in multiplexed signal and adjusts temperature control parameter of each signal - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention concerne un système de transmission optique utilisant une configuration de multiplexage à division de longueur d'onde (Wavelength
Division Multiplex ou WDM), et, en particulier, un stabilisateur de longueur d'onde pour stabiliser la longueur d'onde d'un signal optique que fait osciller une diode de laser (Laser Diode ou LD) dans chaque dispositif de transmission de canal.The present invention relates to an optical transmission system using a wavelength division multiplexing configuration (Wavelength
Division Multiplex or WDM), and, in particular, a wavelength stabilizer to stabilize the wavelength of an optical signal that oscillates a laser diode (Laser Diode or LD) in each channel transmission device .
Le multiplexage à division de longueur d'onde est l'une de différentes configurations de transmission de signaux optiques, et, dans celui-ci, une pluralité de signaux optiques à des longueurs d'ondes différentes sont simultanément propagés par l'intermédiaire d'un toron de fibres optiques. Dans la transmission à multiplexage à division de longueur d'onde, le multiplexage de signaux optiques à des longueurs d'ondes différentes sur un toron de fibres optiques est appelé multiplexage à division de longueur d'onde, et l'opération inverse est appelée démultiplexage à division de longueur d'onde. Wavelength division multiplexing is one of different configurations of optical signal transmission, and therein a plurality of optical signals at different wavelengths are simultaneously propagated through a strand of optical fibers. In wavelength division multiplex transmission, the multiplexing of optical signals at different wavelengths over a strand of optical fibers is called wavelength division multiplexing, and the reverse operation is called demultiplexing wavelength division.
Dans un système de transmission optique à multiplexage à division de longueur d'onde, un dispositif de transmission à laser comportant une diode de laser avec un spectre étroit comme source de lumière est utilisé comme dispositif de transmission de canal, et les canaux sont configurés de façon dense à intervalles d'environ 100 à 200 GHz. La longueur d'onde d'un signal optique que fait osciller une telle diode de laser devrait se trouver à l'intérieur d'une plage prédéterminée pour un canal correspondant. In a wavelength division multiplex optical transmission system, a laser transmission device comprising a laser diode with a narrow spectrum as a light source is used as the channel transmission device, and the channels are configured to densely at intervals of about 100 to 200 GHz. The wavelength of an optical signal that such a laser diode oscillates should be within a predetermined range for a corresponding channel.
Généralement, la longueur d'onde d'un signal optique à l'intérieur d'une plage prédéfinie est stabilisée en fonction de la température ou commandée en temps réel en utilisant une longueur d'onde de référence. Generally, the wavelength of an optical signal within a predefined range is stabilized as a function of temperature or controlled in real time using a reference wavelength.
Le premier procédé utilise comme principe le fait qu'une longueur d'onde d'oscillation d'une diode de laser dépend de la température de fonctionnement. Pour stabiliser la longueur d'onde d'un signal optique qui oscille du fait de la diode de laser, la résistance d'un détecteur à thermistance disposé dans la diode de laser est comparée à une valeur de référence correspondant à une température prédéterminée, et une température de fonctionnement est commandée en fonction du résultat de la comparaison. Un dispositif de refroidissement thermoélectrique (thermoelectric cooler ou TEC) est utilisé, de façon caractéristique, pour la commande de température. Ce procédé est avantageux du fait que le mécanisme de commande est simple, qu'il n'y a pas besoin de pièces additionnelles pour contrôler l'écart de longueur d'onde, et que l'on peut obtenir une stabilité élevée. Toutefois, la diode de laser se trouve détériorée, et, par conséquent, la valeur d'un courant de seuil augmente au cours du temps. Par conséquent, le circuit d'attaque du dispositif d'émission de laser est constitué de façon à maintenir la puissance de sortie optique constante en commandant automatiquement une valeur de courant de polarisation. Malgré le maintien d'une température de fonctionnement constante de la diode de laser, la longueur d'onde d'un signal optique oscillant dévie graduellement si la diode de laser est utilisée pendant une longue durée, et elle s'écarte finalement de la plage prédéfinie mme avec une commande précise de la longueur d'onde basée sur la température prédéterminée. The first method uses as a principle the fact that an oscillation wavelength of a laser diode depends on the operating temperature. To stabilize the wavelength of an optical signal which oscillates due to the laser diode, the resistance of a thermistor detector placed in the laser diode is compared with a reference value corresponding to a predetermined temperature, and an operating temperature is controlled according to the result of the comparison. A thermoelectric cooler (TEC) is typically used for temperature control. This method is advantageous because the control mechanism is simple, there is no need for additional parts to control the wavelength difference, and high stability can be obtained. However, the laser diode is deteriorated, and therefore the value of a threshold current increases over time. Therefore, the drive circuit of the laser emitting device is constructed so as to keep the optical output power constant by automatically controlling a value of bias current. Despite maintaining a constant operating temperature of the laser diode, the wavelength of an oscillating optical signal gradually deviates if the laser diode is used for a long time, and eventually deviates from the range predefined even with precise control of the wavelength based on the predetermined temperature.
Le deuxième procédé nécessite l'utili-sation d'un dispositif de stabilisation de longueur d'onde disposé séparément pour détecter la longueur d'onde d'un signal optique. Le dispositif de stabilisation de longueur d'onde détecte de combien la longueur d'onde d'un signal optique s'écarte d'une plage prédéfinie, et la température d'une diode de laser est commandée en temps réel. Le dispositif de stabilisation de longueur d'onde peut tre utilisé pour chaque canal multiplexe par division de longueur d'onde et extrait des signaux d'un signal optique multiplexe par division de longueur d'onde (wavelength division multiplexed ou WDM). Ce procédé présente l'avantage d'une stabilisation de longueur d'onde basée sur une information d'écart de longueur d'onde précise, mais souffre de la contrainte d'obtention de la stabilité d'un circuit de commande en temps réel et d'un coût élevé dû à l'utilisation d'un dispositif de stabilisation de longueur d'onde coûteux pour chaque canal. The second method requires the use of a wavelength stabilization device arranged separately to detect the wavelength of an optical signal. The wavelength stabilizer detects how far the wavelength of an optical signal deviates from a predefined range, and the temperature of a laser diode is controlled in real time. The wavelength stabilization device can be used for each multiplex channel by wavelength division and extracts signals from an optical multiplex signal by wavelength division (wavelength division multiplexed or WDM). This method has the advantage of wavelength stabilization based on precise wavelength deviation information, but suffers from the constraint of obtaining the stability of a control circuit in real time and high cost due to the use of an expensive wavelength stabilization device for each channel.
Comme décrit ci-dessus, les procédés de stabilisation de longueur d'onde classiques ne sont pas efficaces pour stabiliser la longueur d'onde d'un signal optique à long terme, ou présentent des problèmes avec la stabilité d'un circuit de commande en temps réel et provoquent un coût élevé du fait de l'exigence d'un dispositif réalisé séparément. As described above, conventional wavelength stabilization methods are not effective in stabilizing the wavelength of an optical signal in the long term, or have problems with the stability of a control circuit in real time and cause a high cost due to the requirement of a device produced separately.
Par conséquent, un objet de la présente invention est de procurer un stabilisateur de longueur d'onde qui puisse compenser de façon simple et peu coûteuse un écart de la longueur d'onde d'un signal optique et assurer à long terme une stabilité de longueur d'onde. It is therefore an object of the present invention to provide a wavelength stabilizer which can compensate in a simple and inexpensive manner for a deviation in the wavelength of an optical signal and ensure long term stability. wave.
Pour atteindre l'objet ci-dessus, on propose un stabilisateur de longueur d'onde pour stabiliser la longueur d'onde d'un signal optique oscillant à partir d'une diode de laser dans chacun d'une pluralité d'émetteurs de canaux d'un système d'émission optique à multiplexage à division de longueur d'onde. Dans le stabilisateur de longueur d'onde, un circuit de commande de température dans chaque émetteur de canal détecte une température de fonctionnement de diode de laser et maintient la diode de laser à une température de référence, un multiplexeur à division de longueur d'onde multiplexe des signaux optiques oscillants venant de la pluralité d'émetteurs de canaux, un dispositif de contrôle de longueur d'onde est connecté au multiplexeur à division de longueur d'onde par une ligne de transmission optique, contrôle l'écart de longueur d'onde d'un signal optique pour chaque canal dans le signal multiplexe, et délivre en sortie une information d'écart de longueur d'onde, et un dispositif de commande détermine l'écart de longueur d'onde de chaque canal à partir de l'information d'écart de longueur d'onde, et remet à jour la température de référence du circuit de commande de température de chaque émetteur de canal d'une valeur d'écart devant tre compensée. To achieve the above object, a wavelength stabilizer is provided for stabilizing the wavelength of an optical signal oscillating from a laser diode in each of a plurality of channel transmitters a wavelength division multiplex optical transmission system. In the wavelength stabilizer, a temperature control circuit in each channel transmitter detects an operating temperature of the laser diode and maintains the laser diode at a reference temperature, a wavelength division multiplexer multiplexing oscillating optical signals from the plurality of channel transmitters, a wavelength control device is connected to the wavelength division multiplexer by an optical transmission line, controls the length difference of wave of an optical signal for each channel in the multiplex signal, and outputs wavelength difference information, and a control device determines the wavelength difference of each channel from the wavelength deviation information, and updates the reference temperature of the temperature control circuit of each channel transmitter by a deviation value to be compensated.
Les objets et avantages ci-dessus de la présente invention apparaîtront de façon plus évidente en décrivant en détail une forme de réalisation préférée de celle-ci en se référant aux dessins joints, dans lesquels :
la figure 1 est un schéma général d'un émetteur comprenant un stabilisateur de longueur d'onde selon une forme de réalisation de la présente invention ; et
la figure 2 est un organigramme d'une opération de commande dans un processeur de système montré en figure 1. The above objects and advantages of the present invention will appear more clearly when describing in detail a preferred embodiment thereof with reference to the accompanying drawings, in which:
Figure 1 is a general diagram of a transmitter including a wavelength stabilizer according to an embodiment of the present invention; and
Figure 2 is a flow diagram of a control operation in a system processor shown in Figure 1.
Si l'on se réfère à la figure 1, une diode de laser dans chacun d'une pluralité d'émetteurs de canal 102-1 à 102-n fait osciller un signal optique correspondant. Le signal optique oscillant a une longueur d'onde différente en fonction du canal qui lui est affecté. Aux fins de la clarté de description, un émetteur de canal est illustré comme ne comportant qu'une seule diode de laser et un circuit de commande de température, les autres parties générales étant omises. Le signal optique pour chaque canal oscillant dans chaque émetteur de canal est délivré à un multiplexeur à division de longueur d'onde 108. Le multiplexeur à division de longueur d'onde 108 multiplexe les signaux optiques reçus des émetteurs de canaux 102-1 à 102-n. Le signal optique multiplexe est transmis par l'intermédiaire d'une ligne de transmission optique 116 comprenant généralement un amplificateur de puissance, un amplificateur de ligne, un pré-amplificateur, et analogue. Referring to Figure 1, a laser diode in each of a plurality of channel transmitters 102-1 to 102-n oscillates a corresponding optical signal. The oscillating optical signal has a different wavelength depending on the channel assigned to it. For clarity of description, a channel transmitter is illustrated as having only a single laser diode and a temperature control circuit, the other general parts being omitted. The optical signal for each oscillating channel in each channel transmitter is supplied to a wavelength division multiplexer 108. The wavelength division multiplexer 108 multiplexes the optical signals received from the channel transmitters 102-1 to 102 -not. The multiplex optical signal is transmitted via an optical transmission line 116 generally comprising a power amplifier, a line amplifier, a pre-amplifier, and the like.
Comme les longueurs d'onde des canaux sont étroitement configurées, comme décrit ci-dessus, il est très important de maintenir chaque canal à une longueur d'onde prédéfinie. As the wavelengths of the channels are closely configured, as described above, it is very important to keep each channel at a predefined wavelength.
Dans ce but, un dispositif de contrôle de longueur d'onde est utilisé sur chacun des côtés d'émission et de réception d'un système de transmission optique à multiplexage à division de longueur d'onde. En figure 1, un dispositif de contrôle de longueur d'onde 110 est couplé à la ligne de transmission optique 116 dans l'émetteur. Le dispositif de contrôle de longueur d'onde 110 contrôle l'écart de la longueur d'onde d'un signal optique pour chaque canal dans le signal multiplexe et délivre en sortie une information d'écart de longueur d'onde à un processeur de système 100 d'un dispositif de commande 114. Ici, l'information d'écart de longueur d'onde se réfère à l'ampleur avec laquelle la longueur d'onde d'un signal optique dans chaque canal s'écarte d'une longueur d'onde prédéterminée.For this purpose, a wavelength control device is used on each of the transmission and reception sides of an optical transmission system with wavelength division multiplexing. In FIG. 1, a wavelength control device 110 is coupled to the optical transmission line 116 in the transmitter. The wavelength controller 110 monitors the wavelength deviation of an optical signal for each channel in the multiplex signal and outputs wavelength difference information to a processor. system 100 of a controller 114. Here, the wavelength deviation information refers to the magnitude with which the wavelength of an optical signal in each channel deviates by one predetermined wavelength.
Le dispositif de commande 114 se compose du processeur de système 100 jouant le rôle de moyens de commande principaux de l'émetteur et d'un convertisseur numérique/analogique (N/A) 112. Le convertisseur numérique/ana- logique 112 est couplé entre le processeur de système 100 et le circuit de commande de température de chaque émetteur de canal pour convertir une valeur numérique reçue du processeur de système 100 devant tre utilisée pour établir une température de référence pour un circuit de commande de température en un signal analogique. Le circuit de commande de température détecte la température de la diode de laser dans un émetteur de canal correspondant et maintien la diode de laser à une température de référence prédéterminée selon un procédé général précédemment mentionné. Autrement dit, la résistance d'un détecteur à thermistance dans la diode de laser est comparée à une valeur de référence correspondant à la température prédéterminée, et la température de fonctionnement de la diode de laser est commandée à une température prédéterminée, de telle sorte que la longueur d'onde d'un signal optique oscillant du fait de la diode de laser soit stabilisée. La différence dans la présente invention est que la température de référence est remise à jour par le processeur de système 100 du dispositif de commande 114 lorsque c'est nécessaire. The control device 114 is composed of the system processor 100 playing the role of main control means of the transmitter and of a digital / analog converter (D / A) 112. The digital / analog converter 112 is coupled between the system processor 100 and the temperature control circuit of each channel transmitter for converting a digital value received from the system processor 100 to be used to establish a reference temperature for a temperature control circuit into an analog signal. The temperature control circuit detects the temperature of the laser diode in a corresponding channel transmitter and maintains the laser diode at a predetermined reference temperature according to a general method previously mentioned. In other words, the resistance of a thermistor detector in the laser diode is compared with a reference value corresponding to the predetermined temperature, and the operating temperature of the laser diode is controlled at a predetermined temperature, so that the wavelength of an optical signal oscillating due to the laser diode is stabilized. The difference in the present invention is that the reference temperature is updated by the system processor 100 of the controller 114 when necessary.
La figure 2 est un organigramme de commande d'une température de référence pour stabiliser une longueur d'onde à chaque période prédéterminée dans le processeur de système 100. Dans l'étape 200, le processeur de système 100 détermine s'il y a un temps de commande de température de référence prédéfini. Si c'est le cas, le processeur de système 100 reçoit une information d'écart de longueur d'onde du dispositif de contrôle de longueur d'onde 110 dans l'étape 202. Le processeur de système 100 détermine de quelle ampleur la longueur d'onde d'un signal optique pour chaque canal s'écarte en fonction de l'information d'écart de longueur d'onde, dans l'étape 204, et détermine s'il y a un quelconque canal avec un écart de longueur d'onde sortant d'une plage prédéterminée, dans l'étape 206. Si les longueurs d'ondes des signaux optiques de tous les canaux rentrent à l'intérieur de plages prédéterminées, il n'est pas nécessaire de commander les températures de référence, et la procédure s'achève. Par contre, s'il y a un quelconque canal avec un écart de longueur d'onde au-delà d'une plage prédéterminée, le processeur de système 100 remet à jour la température de référence du circuit de commande de température dans l'émetteur de canal correspondant d'une valeur d'écart devant tre compensée, dans'l'étape 208. Autrement dit, si le degré-d'écart sort de la plage prédéterminée, la température de référence est changée. FIG. 2 is a flowchart for controlling a reference temperature for stabilizing a wavelength at each predetermined period in the system processor 100. In step 200, the system processor 100 determines whether there is a predefined reference temperature control time. If so, the system processor 100 receives wavelength deviation information from the wavelength control device 110 in step 202. The system processor 100 determines how large the length wavelength of an optical signal for each channel deviates from the wavelength deviation information in step 204, and determines if there is any channel with a deviation in length wave exiting a predetermined range, in step 206. If the wavelengths of the optical signals of all the channels fall within predetermined ranges, it is not necessary to control the reference temperatures , and the procedure ends. On the other hand, if there is any channel with a wavelength deviation beyond a predetermined range, the system processor 100 updates the reference temperature of the temperature control circuit in the transmitter. corresponding channel by a deviation value to be compensated, in step 208. In other words, if the degree of deviation leaves the predetermined range, the reference temperature is changed.
Par conséquent, une stabilité de longueur d'onde à long terme peut tre garantie en remettant à jour une température de référence en fonction de l'information d'écart de longueur d'onde et en compensant l'écart de longueur d'onde, malgré la détérioration d'une diode de laser provoquée par une utilisation de longue durée. Consequently, long-term wavelength stability can be guaranteed by updating a reference temperature as a function of the wavelength difference information and by compensating for the wavelength difference, despite the deterioration of a laser diode caused by long-term use.
L'écart de longueur d'onde d'un signal optique pour chaque canal est contrôlé par un dispositif de contrôle de longueur d'onde sans qu'il soit nécessaire d'avoir un dispositif de stabilisation de longueur d'onde réalisé séparément, ce qui a pour résultat une compensation simple et peu coûteuse pour l'écart de longueur d'onde, sans imposer de contraintes à la stabilité d'un circuit de commande en temps réel. Comme l'écart de longueur d'onde provoqué par une diode de laser détériorée se poursuit graduellement au cours d'une longue période, une commande de température de référence devrait se faire périodiquement, en tenant compte du temps de détérioration.The wavelength deviation of an optical signal for each channel is controlled by a wavelength control device without the need for a wavelength stabilization device produced separately, this which results in simple and inexpensive compensation for the wavelength difference, without imposing constraints on the stability of a control circuit in real time. As the wavelength deviation caused by a deteriorated laser diode continues gradually over a long period, a reference temperature control should be made periodically, taking into account the deterioration time.
Ensuite, mme l'absence de l'information d'écart de longueur d'onde venant du dispositif de contrôle de longueur d'onde ou des problèmes éventuels avec un mécanisme de stabilisation de longueur d'onde n'ont pas d'influence sur la stabilité de longueur d'onde à l'intérieur d'une période de temps prédéterminée.Then, even the absence of the wavelength deviation information from the wavelength monitoring device or possible problems with a wavelength stabilization mechanism have no influence on wavelength stability within a predetermined period of time.
Bien que la présente invention ait été décrite en détail en se référant à la forme de réalisation spécifique, il ne s'agit que d'un simple exemple d'application. Bien qu'un dispositif de contrôle de longueur d'onde soit réalisé pour un émetteur dans la présente invention, un dispositif de longueur d'onde dans un récepteur peut contrôler l'écart de longueur d'onde et envoyer l'information d'écart de longueur d'onde au dispositif de commande de l'émetteur. Dans ce cas, l'information d'écart de longueur d'onde est transmise au dispositif de commande sur un canal de contrôle affecté séparément par un système de transmission optique à multiplexage à division de longueur d'onde. De plus, le dispositif de contrôle de longueur d'onde peut tre disposé à l'intérieur ou à l'extérieur d'un multiplexeur à division de longueur d'onde. Une commande de température de référence peut tre effectuée de façon continue aussi bien que périodique. Par conséquent, on comprendra de façon évidente que de nombreuses variations peuvent tre réalisées par toute personne ayant une bonne connaissance de la technique à l'intérieur de l'étendue de l'applicabilité et de l'esprit de la présente invention. Although the present invention has been described in detail with reference to the specific embodiment, it is only a simple example of application. Although a wavelength control device is provided for a transmitter in the present invention, a wavelength device in a receiver can control the wavelength deviation and send the deviation information wavelength at the transmitter control device. In this case, the wavelength deviation information is transmitted to the control device on a control channel assigned separately by an optical transmission system with wavelength division multiplexing. In addition, the wavelength control device can be placed inside or outside a wavelength division multiplexer. A reference temperature control can be carried out continuously as well as periodically. Consequently, it will be clearly understood that numerous variations can be carried out by any person having a good knowledge of the technique within the scope of the applicability and the spirit of the present invention.
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